Élaboration et caractérisation de structures tridimensionnelles pour l'ingénierie tissulaire

Abstract

Tissue engineering is a pluridisciplinary domain aiming at elaborating biological autologous prosthesis. In this strategy, the fabrication of structures, called scaffolds, used for cell culture is necessary. We developed several fabrication techniques of these three-dimensional structures. The first technique (solvent casting/particulate leaching out), involving a polymer solution and spherolized glucose particles, allows the elaboration of scaffolds, owing spherical and well interconnected pores. We showed that the scaffolds are biocompatible and that their mechanical properties in compression can be adjusted. The second technique, electrospinning, leads to the elaboration of biocompatible fibrous membranes whose fiber diameter can be controlled from 800 nm to several micrometers. The third technique of scaffold fabrication proceeds by the elaboration of knitted scaffolds from suture threads. The knitted scaffolds are highly porous and their tensile behavior is similar, in its shape, to the ligaments and tendons stress-strain curves. Using knitting and electrospinning, it has been possible to fabricate knitted scaffolds where aligned microfibers are deposited on their surface. This innovative process allows an easy and efficient cell seeding and we showed that cells are orientated along the fibers, mimicking thus tendons and ligaments morphology. In the future, theses scaffolds will be used in a bioreactor where cyclic traction and torsion will be applied. The aligned microfibers will be able to fully transmit the deformation to the cells, stimulating by this mean the extracellular matrix synthesisL'ingénierie tissulaire est un domaine pluridisciplinaire visant l'élaboration de prothèses biologiques autologues. Dans cette stratégie, la fabrication de structures, appelées scaffolds, utilisées pour la culture cellulaire est nécessaire. Nous avons développé plusieurs méthodes de fabrication de ces structures tridimensionnelles. La première méthode (solvant casting/particulate leaching out) utilisant une solution de polymère et des particules sphérolisées de glucose comme porogène, permet l'obtention de structures possédant des pores sphériques et bien interconnectés. Nous avons montré que ces scaffolds sont biocompatibles et que leurs propriétés mécaniques en compression peuvent être ajustées. La seconde méthode, l'electrospinning, permet la fabrication de membranes fibreuses biocompatibles, dont le diamètre des fibres peut être contrôlé (de 800 nm à plusieurs micromètres). La troisième méthode de fabrication consiste à tricoter des fils de suture, élaborant ainsi des matrices hautement poreuses, dont le comportement en traction est similaire, dans sa forme, à celui d'un tendon ou d'un ligament. En couplant le procédé de tricotage et celui d'electrospinning, il est possible de construire des scaffolds, où des microfibres alignées sont déposées sur la surface des structures tricotées. Ce procédé innovant autorise un ensemencement cellulaire facile et efficace des scaffolds et nous avons montré que les cellules s'orientent spontanément selon la direction des fibres, imitant ainsi la morphologie des tendons et des ligaments. Dans une future utilisation, dans un bioréacteur appliquant de la traction-torsion cyclique, les microfibres vont pouvoir transmettre les déformations aux cellules et stimuler la synthèse de la matrice extracellulair